Оконный узел с обходным ограничителем



Оконный узел с обходным ограничителем
Оконный узел с обходным ограничителем
Оконный узел с обходным ограничителем
Оконный узел с обходным ограничителем
Оконный узел с обходным ограничителем

 


Владельцы патента RU 2632794:

ХАЛЛИБЕРТОН ЭНЕРДЖИ СЕРВИСЕЗ, ИНК. (US)

Группа изобретений относится к области цементирования скважин и, в частности, к оконным узлам, применяемым во время выполнения операций цементирования в скважинной системе. Технический результат – повышение надежности работы системы. Скважинный узел для цементирования содержит трубчатый элемент, скребковую пробку, оконную секцию и обходной ограничитель. Скребковая пробка содержит первый конец, второй конец и, по меньшей мере, один радиальный скребок. Он соответствует по форме поперечному сечению внутреннего пространства трубчатого элемента. Скребок выполнен с возможностью проталкивания цементного раствора, соприкасаясь с ним вторым концом, через трубчатый элемент вследствие воздействия давления, передаваемого на его первый конец текучей средой под давлением. Оконная секция расположена внутри трубчатого элемента и содержит отверстие, радиально проходящее через оконную секцию. Радиальный скребок скребковой пробки соответствует по форме поперечному сечению, ограниченному внутренней поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента. Скребковая пробка выполнена с возможностью проталкивания цементного раствора через оконную секцию. Обходной ограничитель установлен рядом с отверстием в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента. Обходной ограничитель выполнен с возможностью уменьшения количества текучей среды под давлением, проходящей от первого конца до второго конца через отверстие и кольцевое пространство. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники

[0001] Изобретение в целом относится к устройствам для применения в стволе скважины в подземной формации и, в частности (хотя и не обязательно исключительно), к оконным узлам, применяемым во время выполнения операций цементирования в скважинной системе.

Уровень техники

[0002] Подготовка скважинного узла, проходящего через подземную формацию, содержащую углеводороды, может включать операции цементирования, при выполнении которых цементирующее вещество закачивают в необходимое место в стволе скважины. Операции цементирования позволяют уплотнять кольцевое пространство между обсадной колонной и подземной формацией после спуска обсадной колонны в ствол скважины. Для отделения цементного раствора от других текучих сред во время выполнения операций цементирования может быть применена скребковая пробка (также называемая «цементировочной пробкой»). Недостаточное разделение цементного раствора и других текучих сред может уменьшать предсказуемость характеристик цементирующего вещества и приводить к тому, что характеристики цементирующего вещества становятся неудовлетворительными (например, снижается прочность, повышается время отверждения и т.д.), или же может происходить и то, и другое.

Краткое описание чертежей

[0003] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение операции цементирования в скважинном узле, содержащем оконный узел, в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0004] Фиг. 2 представляет собой перспективный вид с частичным вырезом одного из примеров оконного узла в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0005] Фиг. 3 представляет собой боковой вид с частичным вырезом оконного узла по фиг. 2 в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0006] Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе оконного узла по фиг. 2 и 3, изображающий один из примеров кольцевого зазора в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0007] Фиг. 5 представляет собой подробный вид кольцевого зазора по фиг. 4 в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0008] Фиг. 6 представляет собой вид в поперечном разрезе оконного узла по фиг. 2 и 3, изображающий один из примеров обходного ограничителя в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0009] Фиг. 7 представляет собой подробный вид обходного ограничителя по фиг. 6 в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0010] Фиг. 8 представляет собой перспективный вид с частичным вырезом другого примера оконного узла в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0011] Фиг. 9 представляет собой перспективный вид с частичным вырезом еще одного примера оконного узла в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0012] Фиг. 10 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа цементирования обсадной колонны, содержащей оконный узел, в соответствии с одним из аспектов изобретения.

Осуществление изобретения

[0013] Некоторые аспекты изобретения относятся к оконным узлам в обсадной колонне или нижней обсадной колонне, применяемым во время выполнения операций цементирования. Оконный узел может содержать оконную секцию. Оконная секция может содержать часть секции трубы (например, полуоткрытую трубу). Оконная секция может быть соосно выровнена и установлена вдоль внутренней кромки трубчатой секции обсадных труб в обсадной колонне. Секция обсадных труб с оконной секцией может содержать кольцевой зазор между оконной секцией и секцией обсадных труб, что может облегчать сборку при изготовлении. Проталкивание скребковой пробки мимо оконной секции во время выполнения операции цементирования может приводить к обходу нагнетаемыми текучими средами пробки через кольцевой зазор. Перепуск через кольцевое пространство в оконной секции может приводить к стопорению скребковой пробки при низких скоростях течения и невозможности дальнейшего продвижения скребковой пробки. Оконный узел может содержать обходной ограничитель, который устанавливают в кольцевой зазор. Обходной ограничитель может уменьшать перепуск через кольцевое пространство. Уменьшение перепуска через кольцевое пространство может снижать вероятность или предотвращать возможность стопорения скребковой пробки при низких скоростях течения. В соответствии с одним из примеров обходной ограничитель может содержать разбухающее каучуковое покрытие, наносимое по наружному диаметру оконной секции при изготовлении оконного узла. Разбухающее каучуковое покрытие может разбухать при соприкосновении с отверждающей текучей средой. В соответствии с одним из примеров каучуковое покрытие может разбухать в случае присутствия углеводородов в отверждающей текучей среде. Разбухание каучукового покрытия может приводить к уменьшению внутреннего кольцевого зазора. Уменьшение внутреннего кольцевого зазора может позволить осуществлять операции цементирования с низкой скоростью течения без стопорения пробки.

[0014] Эти иллюстративные примеры приведены с целью представления читателю общего описания объекта изобретения, обсуждаемого в данном документе, и не предназначены для ограничения объема раскрытых идей. Ниже описаны различные дополнительные аспекты и примеры со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, а направленные описания применяют для описания иллюстративных аспектов. Применяемые ниже направленные описания, такие как «вверх по стволу скважины», «вниз по стволу скважины» и т.д. в отношении иллюстративных аспектов, изображенных на чертежах, обозначают направление вверх по стволу скважины в направлении поверхности скважины и направление вниз по стволу скважины в направлении забоя скважины. Как и иллюстративные аспекты, ссылочные позиции и направленные описания, применяемые в дальнейшем описании, не предназначены для ограничения изобретения.

[0015] На фиг. 1 схематически изображен один из примеров выполнения операции цементирования в скважинной системе 100, содержащей оконный узел 112. Такая скважинная система 100 содержит ствол, который представляет собой ствол 102 скважины, проходящий сквозь различные пласты пород в геологической среде. Ствол 102 скважины содержит по существу вертикальную секцию 104 и по существу горизонтальную секцию 106. По существу горизонтальная секция 106 проходит через подземную формацию 110, содержащую углеводороды. Обсадная колонна 108, расположенная в по существу вертикальной секции 104, может проходить в горизонтальную секцию 106.

[0016] Обсадная колонна 108 может быть зацементирована в пласте в стволе 102 скважины. Цементирование обсадной колонны 108 в пласте позволяет укрепить ствол 102 скважины для выполнения работ в скважинной системе 100. Например, применение обсадной колонны 108 позволяет уменьшать эрозию стенок ствола 102 скважины или изолировать участки формации 110, имеющие разные характеристики.

[0017] Обсадная колонна 108 может содержать множество секций 116 обсадных труб. Секции 116 обсадных труб могут представлять собой трубчатые элементы. Секции 116 обсадных труб могут быть изготовлены из любого подходящего материала. Примеры, не имеющие ограничительного характера, включают сталь, алюминий, титан и стекловолокно. Обсадная колонна 108 может содержать один или большее количество оконных узлов 112. Оконный узел 112 может содержать отверстие 130, выполненное в обсадной колонне 108 для прохождения инструментов, применяемых при функционировании скважинной системы 100. Один из примеров оконного узла 112 подробно описан ниже применительно к фиг. 2-7.

[0018] Хотя фиг. 1 изображает оконный узел 112 в по существу горизонтальной секции 106, оконный узел 112 может быть расположен дополнительно или альтернативно в по существу вертикальной секции 104. В соответствии с некоторыми аспектами оконный узел 112 может быть расположен в более простых стволах скважин, таких как стволы скважин, содержащие только по существу вертикальную секцию 104.

[0019] Спускной инструмент 114 могут вводить в ствол 102 скважины для подачи секций обсадной колонны 108 (например, секции 116 обсадных труб, оконный узел 112 или и то, и другое) в ствол 102 скважины. Спускной инструмент 114 может устанавливать в требуемое положение и выравнивать секции обсадной колонны 108 друг с другом для формирования обсадной колонны 108.

[0020] Операция цементирования позволяет закрепить обсадную колонну 108 в пласте в стволе 102 скважины. Цементный раствор 122 могут закачивать через внутреннюю часть обсадной колонны 108 в ее скважинный конец. Цементный раствор 122, выходящий через скважинный конец 128 обсадной колонны 108, может перетекать в пространство вокруг обсадной колонны 108 (в направлении, показанном стрелками 126 на фиг. 1), заполняя пустое пространство между наружной стороной обсадной колонны 108 и формацией 110. Этот цементный раствор 122 может застывать и затвердевать до состояния отвержденного цементного раствора в течение определенного периода времени. Отвержденный цементный раствор может фиксировать обсадную колонну 108 в заданном положении относительно ствола 102 скважины.

[0021] Нижнюю пробку 118 могут применять в обсадной колонне 108 перед цементным раствором 122 для отделения цементного раствора 122 от других текучих сред, присутствующих в обсадной колонне 108. В соответствии с одним из примеров, не имеющим ограничительного характера, нижняя пробка 118 может содержать один или большее количество гибких кольцевых скребков для очистки, которые могут соответствовать по форме поперечному сечению внутреннего пространства обсадной колонны 108, для недопущения прохождения текучей среды с одной стороны скребка (-ов) через поперечное сечение и ее смешивания с текучей средой, расположенной с другой стороны скребка (-ов). Нижняя пробка 118 может перемещаться по обсадной колонне 108 и входить в соприкосновение с посадочной муфтой 124. При соприкосновении нижней пробки 118 и посадочной муфты 124 перемещение нижней пробки 118 по обсадной колонне 108 может стопориться. В остановленном положении мембрану в нижней пробке 118 могут пробивать для обеспечения возможности вытекания цементного раствора 122 через нижнюю пробку 118 наружу через скважинный конец обсадной колонны 108.

[0022] Верхняя пробка 120 может быть применена в обсадной колонне 108 за цементным раствором 122. Текучую среду могут закачивать за верхней пробкой 120 для продвижения верхней пробки 120 по обсадной колонне 108. Верхняя пробка 120 может создавать барьер между закачиваемой текучей средой и цементным раствором 122. Закачиваемая текучая среда может передавать давление на верхний конец 132 верхней пробки 120. При этом скважинный конец 134 верхней пробки 120 может передавать давление на цементный раствор 122. Давление, передаваемое на цементный раствор 122 через верхнюю пробку 120, может способствовать продвижению цементного раствора 122 по обсадной колонне 108 во время выполнения операции цементирования. При продолжении закачивания текучей среды в обсадную колонну 108 требуемое количество цементного раствора 122 может быть вытеснено через скважинный конец обсадной колонны 108 для закрепления обсадной колонны 108 в пласте относительно формации 110.

[0023] На фиг. 2 и 3 представлен соответственно перспективный вид с частичным вырезом и боковой вид с частичным вырезом одного из примеров оконного узла 112. Фиг. 2 и 3 изображают скребковую пробку 204, расположенную внутри оконного узла 112. Скребковая пробка 204 может представлять собой верхнюю пробку или нижнюю пробку, например верхнюю пробку 120 или нижнюю пробку 118, описанные в отношении к фиг. 1. Скребковая пробка 204 может проходить через оконный узел 112 во время выполнения операций цементирования, как описано выше в отношении фиг. 1.

[0024] Оконный узел 112 может содержать трубчатый элемент 200, оконную секцию 202, одно или большее количество обходных ограничителей 206 и один или большее количество позиционирующих элементов 207. Как трубчатый элемент 200, так и оконная секция 202 могут представлять собой трубчатые детали. Этот трубчатый элемент 200 может представлять собой секцию обсадной трубы, такую как секция 116 обсадной трубы, описанная в отношении фиг. 1. В соответствии с одним из примеров, не имеющим ограничительного характера, трубчатый элемент 200 представляет собой алюминиевую трубу. Оконная секция 202 может иметь размер, подходящий для ее установки внутрь трубчатого элемента 200. Например, оконная секция 202 может иметь немного меньший наружный диаметр, чем внутренний диаметр трубчатого элемента 200.

[0025] Секция трубчатого элемента 200 изображена на фиг. 2 и 3 в виде выреза для иллюстративных целей, чтобы более наглядно продемонстрировать внутреннее строение оконного узла 112. Оконная секция 202 может быть расположена внутри трубчатого элемента 200. Один или большее количество позиционирующих элементов 207 могут выравнивать оконную секцию 202 внутри трубчатого элемента 200. Например, позиционирующие элементы 207 могут радиально выравнивать оконную секцию 202 соосно с трубчатым элементом 200. Примеры позиционирующих элементов, не имеющие ограничительного характера, включают кольцевые уплотнения О-образного сечения, кольцевые уплотнения V-образного сечения или регулировочные прокладки.

[0026] Оконная секция 202 может содержать открытую часть, которая образует окно 218 в оконной секции 202. Например, окно 218 может представлять собой отверстие, проходящее в радиальном направлении через оконную секцию 202. Окно 218 может определять секцию обсадной колонны 108, выполненную с возможностью проникновения, для образования радиального или латерального прохода через обсадную колонну 108. Например, скважинный инструмент, такой как бурильный инструмент, может проходить через окно 218 для осуществления бурения в боковом направлении относительно обсадной колонны. В соответствии с одним из примеров, не имеющим ограничительного характера, часть, соответствующая приблизительно половине окружности оконной секции 202, может представлять собой вырез для образования окна 218, как это изображено на фиг. 2 и 3. В соответствии с другим примером, не имеющим ограничительного характера, окно 218 может соответствовать другой части окружности оконной секции 202. В соответствии с некоторыми аспектами оконная секция 202 может быть расфрезерована для создания окна 218 перед установкой оконной секции 202 в трубчатый элемент 200.

[0027] Обходной ограничитель 206 может быть расположен между оконной секцией 202 и трубчатым элементом 200. Примеры обходного ограничителя 206 описаны ниже в отношении фиг. 6 и 7. Хотя оконный узел 112 изображен на фиг. 2 и 3 с одним обходным ограничителем 206, расположенным вблизи центра окна 218, возможно применение и других вариантов его расположения. Ряд примеров, не имеющих ограничительного характера, таких вариантов расположения описан ниже в отношении фиг. 8 и 9.

[0028] На фиг. 4 представлен вид в поперечном разрезе, выполненном вдоль линии 4-4’ на фиг. 3, оконного узла 112 по фиг. 2 и 3. Оконный узел 112 может содержать кольцевой зазор 208 между трубчатым элементом 200 и оконной секцией 202. На фиг. 5 показан подробный вид кольцевого зазора 208 по фиг. 4.

[0029] Кольцевой зазор 208 могут оставлять для облегчения изготовления оконного узла 112. Например, оконная секция 202 может иметь немного меньший наружный диаметр, чем внутренний диаметр трубчатого элемента 200. За счет разницы в диаметрах образуют кольцевой зазор 208. Кольцевой зазор 208 позволяет уменьшить задевание между оконной секцией 202 и трубчатым элементом 200, что в противном случае может затруднить введение оконной секции 202 в трубчатый элемент 200 во время сборки.

[0030] При отсутствии обходного ограничителя 206 кольцевой зазор 208 также может позволить текучей среде беспрепятственно проходить между оконной секцией 202 и трубчатым элементом 200. В соответствии с некоторыми аспектами кольцевой зазор 208 может образовывать путь течения, по которому текучая среда может обходить скребковую пробку 204, расположенную в оконном узле 112. Например, текучая сторона от верхней стороны скребковой пробки 204 может протекать через верхнюю часть 211 окна 218 в кольцевой зазор 208, например, как показано стрелкой 213, изображенной на фиг. 3. При отсутствии обходного ограничителя 206 текучая среда может обходить скребковую пробку 204, протекая через кольцевой зазор 208 и через нижнюю часть 215 окна 218, например, как показано стрелкой 217, изображенной на фиг. 3. Обход скребковой пробки 204 может иметь негативные последствия. В соответствии с одним из примеров, не имеющим ограничительного характера, обход скребковой пробки 204 может привести к загрязнению цементного раствора 122 другими текучими средами, присутствующими в обсадной колонне 108. В соответствии с другим примером, не имеющим ограничительного характера, обход скребковой пробки 204 может уменьшать величину давления, передаваемого на скребковую пробку 204.

[0031] В соответствии с некоторыми аспектами уменьшение величины давления, передаваемого на скребковую пробку 204, может привести к снижению скорости продвижения скребковой пробки 204 или к остановке скребковой пробки 204. Остановка может быть наиболее вероятна при низких скоростях нагнетания. Например, вследствие низкой производительности насоса, такой как (например) 400 литров (14,13 куб. футов) в минуту, может быть прекращено продвижение скребковой пробки 204 через оконную секцию 202 с наружным диаметром в 24,45 сантиметра (9 5/8 дюйма) в алюминиевой секции 116 обсадной трубы, имеющей внутренний диаметр 24,61 сантиметра (9 11/16 дюйма). Продвижение той же скребковой пробки 204 через ту же оконную секцию 202 не будет стопориться в условиях высокой производительности насоса, например, при расходе на насосе в 800 литров (28,25 куб. футов) в минуту.

[0032] Обходной ограничитель 206 может снижать или предотвращать загрязнение цементного раствора 122 или предотвращать остановку, связанную с протеканием текучей среды через кольцевой зазор 208. На фиг. 6 представлен вид в поперечном разрезе, выполненном вдоль линии 6-6’ на фиг. 3 оконного узла 112. Обходной ограничитель 206 может быть расположен в кольцевом зазоре 208. На фиг. 7 показан подробный вид обходного ограничителя 206 по фиг. 6.

[0033] Обходной ограничитель 206 может содержать наполнитель. Обходной ограничитель 206 может обладать эффектом заполнения пустого пространства в кольцевом зазоре 208. Заполнение пустого пространства в кольцевом зазоре 208 может ограничивать протекание текучей среды через кольцевой зазор 208. В соответствии с одним из примеров обходной ограничитель 206 может заполнять часть кольцевого зазора 208 для уменьшения поперечного профиля кольцевого зазора 208, через который может протекать текучая среда. Ограничение протекания текучей среды через кольцевой зазор 208 может уменьшать количество текучей среды, перепускаемой через кольцевой зазор 208. В соответствии с некоторыми аспектами обходной ограничитель 206 может герметически изолировать кольцевой зазор 208 и предотвращать протекание текучей среды через кольцевой зазор 208. В соответствии с другими аспектами обходной ограничитель 206 может занимать часть кольцевого зазора 208, при этом текучая среда протекает через оставшуюся часть кольцевого зазора 208.

[0034] В соответствии с некоторыми аспектами обходной ограничитель 206 может быть выполнен из материала, который первоначально имеет жидкое состояние, а затем отвердевает. Примеры такого обходного ограничителя 206, не имеющие ограничительного характера, включают один или большее количество слоев эпоксидного состава, один или большее количество слоев смолы или один или большее количество слоев отвержденной пены. В соответствии с некоторыми аспектами отвержденная пена, из которой выполнен обходной ограничитель 206, может быть достаточно эластичной, чтобы обходной ограничитель 206 мог выдерживать вибрации и другие перемещения, свойственные скважинному оборудованию, которые в противном случае могут нарушать структурную целостность обходного ограничителя 206 или ухудшать функционирование обходного ограничителя 206.

[0035] В соответствии с некоторыми аспектами материал обходного ограничителя 206 может разбухать или расширяться при отвердевании. Такое набухание или расширение может перегораживать все кольцевое пространство между оконной секцией 202 и трубчатым элементом 200 или его часть для уменьшения количества перепуска через кольцевой зазор 208.

[0036] В соответствии с одним из примеров обходной ограничитель 206 представляет собой покрытие из материала, поддающегося разбуханию. Этот материал, поддающийся разбуханию, может разбухать при соприкосновении с отверждающей текучей средой. Отверждающая текучая среда может содержать химическое соединение, которое химически взаимодействует с материалом, поддающимся разбуханию, чтобы вызвать его разбухание. В соответствии с некоторыми аспектами материал, поддающийся разбуханию, может разбухать в результате увеличения объема материала. В соответствии с некоторыми аспектами увеличение объема происходит в результате включения молекулярных компонентов отверждающей текучей среды в материал, поддающийся разбуханию. В соответствии с одним из примеров, не имеющим ограничительного характера, материал, поддающийся разбуханию, реагирует с отверждающими текучими средами, содержащими воду. Соприкосновение между материалом, поддающимся разбуханию, и водой, которая содержится в отверждающей текучей среде, может запускать процесс разбухания. Молекулы воды, которые содержатся в отверждающей текучей среде, могут включаться в состав материала, поддающегося разбуханию, тем самым увеличивая объем материала, поддающегося разбуханию. В соответствии с другим примером, не имеющим ограничительного характера, материал, поддающийся разбуханию, реагирует с отверждающими текучими средами, содержащими углеводород. В соответствии с дополнительным примером, не имеющим ограничительного характера, материал, поддающийся разбуханию, реагирует с отверждающими текучими средами, содержащими как воду, так и углеводород.

[0037] В соответствии с различными аспектами могут быть применены различные материалы, поддающиеся разбуханию, и соответствующие отверждающие текучие среды. Примеры материалов, поддающихся разбуханию, не имеющие ограничительного характера, которые могут разбухать, реагируя с нефтью или другой отверждающей текучей средой, содержащей углеводород, включают натуральный каучук, бутадиенакрилонитриловый каучук, гидрогенизированный бутадиенакрилонитриловый каучук, бутадиенакрилатный каучук, полиакрилатный каучук, бутилкаучук, бромированный бутилкаучук, хлорбутилкаучук, хлорированный полиэтилен, хлоропреновый (неопреновый) каучук, стирол-бутадиеновый сополимерный каучук, сульфированный полиэтилен, этиленакрилатный каучук, эпихлоргидриновый этиленоксидный сополимер, сополимер этилена и пропилена (с пероксидной поперечной межмолекулярной связью), сополимер этилена и пропилена (с серной поперечной межмолекулярной связью), этиленпропилендиеновый терполимерный каучук, сополимер этилена и винилацетата, фтор-каучуки, фторсиликоновый каучук и силиконовые каучуки. Примеры материалов, поддающихся разбуханию, не имеющие ограничительного характера, которые могут разбухать, реагируя с отверждающей текучей средой, содержащей воду, включают крахмалополиакрилатный привитой сополимер кислоты, циклический поливиниловый спирт с привитым сополимером ангидрида кислоты, изобутиленовый малеиновый ангидрид, полимеры акриловой кислоты, сополимер винилацетата и акрилата, полиэтиленоксидные полимеры, карбоксиметилцеллюлозные полимеры, крахмалополиакрилонитриловые привитые сополимеры и сильноразбухающие глинистые минералы, такие как натриевый бентонит (содержащий в качестве основного ингредиента монтмориллонит).

[0038] Материалы, поддающиеся разбуханию, могут быть прикреплены к наружной поверхности или по наружному диаметру оконной секции 202 или к внутренней поверхности трубчатого элемента 200 или с применением обоих способов. Разбухание материала, поддающегося разбуханию, может уменьшать или полностью перекрывать поперечное сечение кольцевого зазора 208, через которое может протекать текучая среда или через которое может происходить перепуск текучей среды. В соответствии с некоторыми аспектами материал, поддающийся разбуханию, может разбухать в процессе изготовления, например после установки оконной секции 202 внутрь трубчатого элемента 200. В соответствии с другими аспектами покрытие из материала, поддающегося разбуханию, могут наносить в процессе изготовления и подвергать воздействию отверждающей текучей среды для разбухания, когда оконный узел 112 находится в стволе 102 скважины. Например, материал, поддающийся разбуханию, могут подвергать воздействию отверждающей текучей среды, находящейся в стволе 102 скважины или накачиваемой устройством, расположенным на поверхности, через обсадную колонну 108.

[0039] В соответствии с другим примером обходной ограничитель 206 может представлять собой слой смазочного материала. В соответствии с некоторыми аспектами смазочный материал может удерживаться на месте относительно оконной секции 202. Например, благодаря своим характеристикам (таким как вязкость или сцепление с поверхностью) смазочный материал может выдерживать давление, прилагаемое к нему другими текучими средами, присутствующими в обсадной колонне 108. В соответствии с другими аспектами смазочный материал может перемещаться относительно оконной секции 202. Например, благодаря своим характеристикам (таким как вязкость или сцепление с поверхностью) смазочный материал может перемещаться вдоль продольной длины наружной поверхности оконной секции 202 медленнее, чем скребковая пробка 204 вдоль продольной длины внутренней поверхности оконной секции 202. Более медленное перемещение смазочного материала может уменьшать перепуск текучей среды в достаточной степени для того, чтобы позволить скребковой пробке 204 пройти мимо оконной секции 202 до того, как смазочный материал будет полностью вымыт из кольцевого зазора 208.

[0040] На фиг. 8 представлен перспективный вид с частичным вырезом другого примера оконного узла 112’. Оконный узел 112’ может содержать трубчатый элемент 200, оконную секцию 202, один или большее количество обходных ограничителей 206 и один или большее количество позиционирующих элементов 207. Признаки, изображенные на фиг. 8, могут иметь ту же структуру и функции, что и признаки с соответствующими позиционными обозначениями, описанные выше в отношении фиг. 2-7.

[0041] Возможно применение различных вариантов расположения обходных ограничителей 206. В соответствии с некоторыми аспектами один или большее количество обходных ограничителей 206 может быть расположено вдоль продольной кромки окна 218. Примеры, не имеющие ограничительного характера, включают обходные ограничители 206c и 206d, изображенные на фиг. 8. Хотя обходные ограничители 206c и 206d изображены на фиг. 8 в виде полос, расположенных вдоль частей продольной кромки окна 218, возможно применение других вариантов расположения. Обходные ограничители 206c и 206d могут быть расположены таким образом, чтобы проходить вдоль всей длины продольной кромки окна 218. Вдоль продольной кромки окна 218 может быть установлено более или менее двух обходных ограничителей 206c и 206d. Толщина полос обходных ограничителей 206c и 206d может быть большей или меньшей, чем толщина полос, изображенных на фиг. 8. В соответствии с одним из примеров, не имеющим ограничительного характера, толщина обходных ограничителей 206c или 206d может быть достаточно большой для охвата обходными ограничителями 206c или 206d наружного периметра оконной секции 202. В соответствии с другим примером, не имеющим ограничительного характера, обходной ограничитель 206c или 206d может быть установлен непрерывно вдоль всей наружной поверхности оконной секции 202, обращенной к внутренней поверхности трубчатого элемента 200.

[0042] В соответствии с некоторыми аспектами один или большее количество обходных ограничителей 206 может быть расположено вдоль радиальной кромки окна 218. Примеры, не имеющие ограничительного характера, включают обходные ограничители 206a и 206f, изображенные на фиг. 8. В соответствии с некоторыми аспектами один или большее количество обходных ограничителей 206 может быть расположено радиально вдоль наружной поверхности оконной секции 202. Примеры, не имеющие ограничительного характера, включают обходные ограничители 206b и 206e, изображенные на фиг. 8. Применение по меньшей мере одного радиально расположенного обходного ограничителя (например, 206a, 206f, 206b или 206e) в оконном узле 112’ может уменьшать обход текучей средой скребковой пробки 204, который в противном случае может иметь место. В соответствии с одним из примеров обходные ограничители 206c и 206d установлены в оконный узел 112’ вдоль продольной кромки окна 218 для предотвращения протекания текучей среды мимо продольной кромки окна 218. При таком расположении один или большее количество радиально расположенных обходных ограничителей (например, 206a, 206f, 206b, 206e или какая-нибудь их комбинация) может предотвращать протекание текучей среды (например, не допускать течение, изображенное стрелкой 221) около обходных ограничителей 206c и 206d через радиальные кромки окна 218 и кольцевой зазор 208. В соответствии с некоторыми аспектами обходной ограничитель 206b или 206e, расположенный радиально вдоль наружной поверхности оконной секции 202, может проходить вдоль всей длины окна 218.

[0043] На фиг. 9 представлен перспективный вид с частичным вырезом еще одного примера оконного узла. Оконный узел 112’’ может содержать трубчатый элемент 200, оконную секцию 202, один или большее количество обходных ограничителей 206 и один или большее количество позиционирующих элементов 207. Признаки, изображенные на фиг. 9, могут иметь ту же структуру и функции, что и признаки с соответствующими позиционными обозначениями, описанные выше в отношении фиг. 2-8. В соответствии с некоторыми аспектами обходной ограничитель 206 может проходить вдоль всей длины окна 218. Обходной ограничитель может быть расположен между наружной поверхностью оконной секции 202 и внутренней поверхностью трубчатого элемента 200. В соответствии с одним из примеров, не имеющим ограничительного характера, обходной ограничитель 206 может быть расположен вдоль наружной поверхности оконной секции 202, обращенной к внутренней поверхности трубчатого элемента 200. В соответствии с другим примером, не имеющим ограничительного характера, обходной ограничитель 206 может быть расположен вдоль внутренней поверхности трубчатого элемента 200, обращенной к наружной поверхности оконной секции 202.

[0044] Обсадная колонна 108, содержащая оконный узел 112, может быть зацементирована в стволе 102 скважины в соответствии со способом цементирования. Например, на фиг. 10 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа 800 цементирования обсадной колонны 108, содержащей оконный узел 112, в соответствии с одним из аспектов изобретения.

[0045] Способ 800 предполагает опускание трубчатого элемента 200, содержащего оконную секцию 202 и обходной ограничитель 206, в ствол 102 скважины, как показано в блоке 810. Например, как описано выше в отношении фиг. 1, спускной инструмент 114 может спускать оконный узел 112 в ствол скважины. Оконная секция 202 может быть расположена внутри трубчатого элемента 200. Обходной ограничитель 206 может быть расположен в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции 202 и внутренней поверхностью трубчатого элемента 200.

[0046] Способ 800 дополнительно предполагает продвижение скребковой пробки 204 через трубчатый элемент 200, как показано в блоке 820. Например, как описано выше в отношении фиг. 1, продвижение скребковой пробки 204 может быть частью способа цементирования. Способ может предполагать введение цементного раствора 122 в трубчатый элемент 200, введение скребковой пробки 204 в виде верхней пробки 120 в трубчатый элемент за цементным раствором 122 и введение текучей среды под давлением в трубчатый элемент 200 за скребковой пробкой 204. Текучая среда под давлением может продвигать скребковую пробку 204 по трубчатому элементу 200, при этом она соприкасается с цементным раствором 122. Цементный раствор может перемещаться по трубчатому элементу 200 вследствие перемещения скребковой пробки 204. Скребковую пробку 204 могут продвигать с помощью текучей среды под давлением, которая соприкасается со скребковой пробкой 204. Скребковую пробку 204 могут продвигать поверх оконной секции 202 и обходного ограничителя 206. Например, скребковую пробку 204 могут продвигать через трубчатый элемент по внутренней области между внутренней поверхностью трубчатого элемента 200 и внутренней поверхностью оконной секции 202.

[0047] Способ 800 дополнительно предполагает уменьшение с помощью обходного ограничителя 206 количества текучей среды, обходящей скребковую пробку 204, как показано в блоке 830. Например, как описано выше в отношении фиг. 6, обходной ограничитель 206 может содержать наполнитель, помещаемый в кольцевой зазор 208 для ограничения протекания текучей среды через кольцевой зазор 208. Ограничение протекания текучей среды через кольцевой зазор 208 может уменьшать количество текучей среды, перепускаемой через кольцевой зазор 208.

[0048] В соответствии с некоторыми аспектами оконный узел применяют в скважинном узле. Скважинный узел может быть частью обсадной колонны или нижней обсадной колонны, применяемой во время выполнения операций цементирования. Скважинный узел может содержать оконную секцию и обходной ограничитель. Оконная секция может содержать отверстие, радиально проходящее через оконную секцию. Оконная секция выполнена с возможностью размещения внутри трубчатого элемента обсадной колонны. Обходной ограничитель выполнен с возможностью размещения рядом с отверстием. Обходной ограничитель может быть установлен в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента. Обходной ограничитель может быть выполнен с возможностью ограничения протекания текучей среды под давлением через отверстие и кольцевое пространство от первого конца до второго конца скребковой пробки.

[0049] Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, расположенный вдоль продольной кромки отверстия. Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, расположенный вдоль радиальной кромки отверстия. Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, расположенный непрерывно вдоль всей наружной поверхности оконной секции, обращенной к внутренней поверхности трубчатого элемента.

[0050] Скважинный узел может содержать скребковую пробку. Скребковая пробка может содержать по меньшей мере один радиальный скребок, соответствующий по форме поперечному сечению внутреннего пространства трубчатого элемента. По меньшей мере один радиальный скребок может дополнительно соответствовать по форме поперечному сечению, ограниченному внутренней поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента. Скребковая пробка может быть выполнена с возможностью проталкивания цементного раствора, соприкасаясь с ним вторым концом, через трубчатый элемент вследствие воздействия давления, передаваемого на первый конец текучей средой под давлением. Скребковая пробка может быть дополнительно выполнена с возможностью проталкивания цементного раствора через трубчатый элемент по оконной секции.

[0051] В соответствии с некоторыми аспектами применяют скважинный узел. Скважинный узел может содержать трубчатый элемент, скребковую пробку, оконную секцию и обходной ограничитель. Скребковая пробка может иметь первый конец, второй конец и по меньшей мере один радиальный скребок. По меньшей мере один радиальный скребок может соответствовать по форме поперечному сечению внутреннего пространства трубчатого элемента. По меньшей мере один скребок может быть выполнен с возможностью проталкивания цементного раствора, соприкасаясь с ним вторым концом, через трубчатый элемент вследствие воздействия давления, передаваемого на первый конец текучей средой под давлением. Оконная секция может быть расположена внутри трубчатого элемента. Оконная секция может содержать отверстие, радиально проходящее через оконную секцию. По меньшей мере один радиальный скребок скребковой пробки может соответствовать поперечному сечению, ограниченному внутренней поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента. Скребковая пробка может быть дополнительно выполнена с возможностью проталкивания цементного раствора через оконную секцию. Обходной ограничитель может быть установлен рядом с отверстием. Обходной ограничитель может быть установлен в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента. Обходной ограничитель может быть выполнен с возможностью уменьшения количества текучей среды под давлением, проходящей от первого конца до второго конца через отверстие и кольцевое пространство.

[0052] Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, который содержит наполнитель, расположенный в кольцевом пространстве. Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, который содержит слой смазочного материала. Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, который содержит слой смолы. Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, который содержит слой эпоксидного состава. Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, который содержит слой отвержденной пены.

[0053] Скважинный узел может содержать обходной ограничитель, который содержит слой материала, поддающегося разбуханию. Материал, поддающийся разбуханию, может разбухать под воздействием отверждающей текучей среды. Отверждающая текучая среда может содержать воду. Материал, поддающийся разбуханию, может разбухать под воздействием воды, содержащейся в отверждающей текучей среде. Отверждающая текучая среда может содержать углеводород. Материал, поддающийся разбуханию, может разбухать под воздействием углеводорода, содержащегося в отверждающей текучей среде.

[0054] В соответствии с некоторыми аспектами предложен способ цементирования обсадной колонны, содержащей трубчатый элемент с оконной секцией. Способ может предполагать спуск трубчатого элемента в ствол скважины. Трубчатый элемент может содержать оконную секцию, расположенную внутри трубчатого элемента, и обходной ограничитель, расположенный в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента. Способ может предполагать продвижение скребковой пробки с помощью текучей среды под давлением, которая соприкасается со скребковой пробкой. Скребковую пробку могут продвигать через трубчатый элемент по внутренней области между внутренней поверхностью трубчатого элемента и внутренней поверхностью оконной секции. Способ может предполагать уменьшение с помощью обходного ограничителя количества текучей среды под давлением, обходящей скребковую пробку и внутреннюю область через кольцевое пространство.

[0055] Способ может предполагать введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель в кольцевом пространстве. Отверждающая текучая среда может вызывать разбухание материала обходного ограничителя с целью уменьшения количества текучей среды под давлением, обходящей скребковую пробку и внутреннюю область через кольцевое пространство. Введение отверждающей текучей среды может предполагать введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель перед спуском трубчатого элемента в ствол скважины. Введение отверждающей текучей среды может предполагать введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель после спуска трубчатого элемента в ствол скважины. Введение отверждающей текучей среды может предполагать введение отверждающей текучей среды, содержащей воду. Введение отверждающей текучей среды может предполагать введение отверждающей текучей среды, содержащей углеводород.

[0056] Вышеприведенное описание аспектов изобретения, содержащее иллюстрированные примеры, представлено исключительно с целью иллюстрации и описания и не претендует на исчерпывающий характер или ограничение изобретения конкретными раскрытыми формами. Для специалистов в данной области техники будут очевидны возможные многочисленные модификации, адаптации и варианты их применения без отступления от объема изобретения.

1. Скважинный узел для операций цементирования, содержащий:

оконную секцию, содержащую отверстие, радиально проходящее через оконную секцию, причем оконная секция выполнена с возможностью размещения внутри трубчатого элемента обсадной колонны;

скребковую пробку, выполненную с возможностью проталкивания цементного раствора через трубчатый элемент и по оконной секции; и

обходной ограничитель, который установлен рядом с отверстием, в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента, причем обходной ограничитель выполнен с возможностью ограничения протекания текучей среды под давлением через отверстие и кольцевое пространство от первого конца до второго конца скребковой пробки.

2. Скважинный узел по п. 1, в котором обходной ограничитель расположен вдоль продольной кромки отверстия.

3. Скважинный узел по п. 1, в котором обходной ограничитель расположен вдоль радиальной кромки отверстия.

4. Скважинный узел по п. 1, в котором обходной ограничитель расположен непрерывно вдоль всей наружной поверхности оконной секции, обращенной к внутренней поверхности трубчатого элемента.

5. Скважинный узел по п. 1, в котором скребковая пробка содержит по меньшей мере один радиальный скребок, соответствующий по форме поперечному сечению внутреннего пространства трубчатого элемента и дополнительно соответствующий по форме поперечному сечению, ограниченному внутренней поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента, причем скребковая пробка выполнена с возможностью проталкивания цементного раствора, соприкасаясь с ним вторым концом через трубчатый элемент, вследствие воздействия давления, передаваемого на ее первый конец текучей средой под давлением.

6. Скважинный узел для операций цементирования, содержащий:

трубчатый элемент;

скребковую пробку, содержащую первый конец, второй конец и по меньшей мере один радиальный скребок, соответствующий по форме поперечному сечению внутреннего пространства трубчатого элемента, причем скребок выполнен с возможностью проталкивания цементного раствора, соприкасаясь с ним вторым концом, через трубчатый элемент вследствие воздействия давления, передаваемого на его первый конец текучей средой под давлением;

оконную секцию, расположенную внутри трубчатого элемента и содержащую отверстие, радиально проходящее через оконную секцию, причем радиальный скребок скребковой пробки соответствует по форме поперечному сечению, ограниченному внутренней поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента, а скребковая пробка дополнительно выполнена с возможностью проталкивания цементного раствора через оконную секцию; и

обходной ограничитель, который установлен рядом с отверстием, в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента, причем обходной ограничитель выполнен с возможностью уменьшения количества текучей среды под давлением, проходящей от первого конца до второго конца через отверстие и кольцевое пространство.

7. Скважинный узел по п. 6, в котором обходной ограничитель представляет собой наполнитель, расположенный в кольцевом пространстве.

8. Скважинный узел по п. 6, в котором обходной ограничитель содержит слой смазочного материала.

9. Скважинный узел по п. 6, в котором обходной ограничитель содержит слой смолы.

10. Скважинный узел по п. 6, в котором обходной ограничитель содержит по меньшей мере один из: слоя эпоксидного состава или слоя отвержденной пены.

11. Скважинный узел по п. 6, в котором обходной ограничитель содержит слой материала, поддающегося разбуханию.

12. Скважинный узел по п. 11, в котором материал, поддающийся разбуханию, может разбухать под воздействием отверждающей текучей среды.

13. Скважинный узел по п. 12, в котором материал, поддающийся разбуханию, содержит воду.

14. Скважинный узел по п. 12, в котором материал, поддающийся разбуханию, содержит углеводород.

15. Способ продвижения скребковой пробки при проведении операций цементирования, согласно которому:

спускают трубчатый элемент в ствол скважины, причем трубчатый элемент содержит оконную секцию, расположенную внутри трубчатого элемента, и обходной ограничитель, расположенный в кольцевом пространстве между наружной поверхностью оконной секции и внутренней поверхностью трубчатого элемента;

продвигают скребковую пробку с помощью текучей среды под давлением, которая соприкасается со скребковой пробкой, через трубчатый элемент по внутренней области между внутренней поверхностью трубчатого элемента и внутренней поверхностью оконной секции; и

уменьшают с помощью обходного ограничителя количество текучей среды под давлением, обходящей скребковую пробку и внутреннюю область через кольцевое пространство.

16. Способ по п. 15, согласно которому дополнительно:

вводят отверждающую текучую среду в обходной ограничитель в кольцевом пространстве, причем отверждающая текучая среда вызывает разбухание материала обходного ограничителя с целью уменьшения количества текучей среды под давлением, обходящей скребковую пробку и внутреннюю область через кольцевое пространство.

17. Способ по п. 16, согласно которому введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель в кольцевом пространстве включает введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель перед спуском трубчатого элемента в ствол скважины.

18. Способ по п. 16, согласно которому введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель в кольцевом пространстве включает введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель после спуска трубчатого элемента в ствол скважины.

19. Способ по п. 16, согласно которому введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель в кольцевом пространстве включает введение отверждающей текучей среды, содержащей воду.

20. Способ по п. 16, согласно которому введение отверждающей текучей среды в обходной ограничитель в кольцевом пространстве включает введение отверждающей текучей среды, содержащей углеводород.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству глубоких нефтяных и газовых скважин и, в частности, к способам вскрытия высоконапорных продуктивных пластов и крепления интервалов вскрытия обсадной колонной.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве нефтяных скважин с горизонтальным окончанием в залежи битума. Способ удаления заглушек из перфорированных отверстий хвостовика при заканчивании горизонтальной скважины в залежи битума включает бурение, обсаживание и крепление вертикальной части ствола скважины до продуктивного горизонта, бурение горизонтального ствола скважины в продуктивном горизонте, размещение в горизонтальном стволе хвостовика, перфорированного отверстиями с вставленными в них заглушками.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для использования при строительстве скважин и спуске колонн с фильтром в стволы скважин ниже башмака эксплуатационных колонн и при ремонте скважин со спуском потайных колонн с фильтром во вторые стволы скважин.

Группа изобретений относится к обработке окружающей скважину среды для интенсификации притока. Технический результат – повышение эффективности обработки.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при ступенчатом цементировании скважины. Технический результат - обеспечение свободного прохода внутри обсадной колонны после завершения цементации скважины.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к цементированию обсадной колонны в стволе скважины с обратной циркуляцией цементного раствора.

Изобретение относится к обратным клапанам и может быть применено в обсадных трубах при цементировании. Обратный клапан состоит из корпуса, седла под шаровой затвор в осевом канале, гильзы с уплотнительным кольцом и шаром в осевом канале, ограничителя с отверстиями, перекрытыми подпружиненной кольцевой перегородкой.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для цементирования обсадной колонны. Клапан состоит из корпуса с осевым каналом, седла, подпружиненного запорного органа, связанного со штоком, втулки, связанной с корпусом.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при спуске и цементировании эксплуатационной колонны скважины. Технический результат - повышение качества цементирования скважины.

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в скважине и, в частности, к цементированию кондуктора. Технический результат - уменьшение временных затрат и повышение качества цементирования за счет увеличения скорости восходящего потока в заколонном пространстве.
Наверх